DE102016102116A1

DE102016102116A1 - Batterie-thermomanagementsystem

Info

Publication number: DE102016102116A1
Application number: DE102016102116.4A
Authority: DE
Inventors: Jim William Dunham; Eric Emil Jackson; Paul Elia; Timothy Alan Mouch; Jagjit Romana; Chris P. Roxin; Charlie Qian; Stephen Pien
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2016-08-25
Also published as: US20160248129A1; US11133540B2; CN105914421A; US20200168961A1; US10573940B2; CN105914421B

Abstract

Ein Batterie-Thermomanagementsystem gemäß einem Aspektbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Batteriebaugruppe und ein Kühlmittelteilsystem, das ein Kühlmittel durch die Batteriebaugruppe zirkulieren lässt. Die Batteriebaugruppe wird durch einen ersten Teil des Kühlmittels von einer Kraftmaschine erwärmt, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und wird durch einen zweiten Teil des Kühlmittels von einem Kühlaggregat gekühlt, wenn die Temperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Batterie-Thermomanagementsystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Das Batterie-Thermomanagementsystem ist derart ausgelegt, dass es eine Batteriebaugruppe erwärmt, wenn ihre Temperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und die Batteriebaugruppe kühlt, wenn ihre Temperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert liegt.
HINTERGRUND
Die Notwendigkeit einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgase bei Fahrzeugen ist allgemein bekannt. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungskraftmaschinen reduzieren oder vollständig eliminieren. Elektrifizierte Fahrzeuge sind ein Fahrzeugtyp, der zu diesem Zweck entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge von herkömmlichen Motorfahrzeugen, da sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene Elektromaschinen betrieben werden. Herkömmliche Motorfahrzeuge sind dagegen ausschließlich auf die Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs angewiesen.
Ein Hochvolt-Batteriepack speist typischerweise die Elektromaschinen eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Batteriepack kann eine oder mehrere Gruppierungen von miteinander verbundenen Batteriezellen umfassen. Die Batteriezellen erzeugen bei bestimmten Bedingungen, wie z.B. bei einem Aufladevorgang und einem Entladevorgang, Wärme. Batterie-Thermomanagementsysteme werden eingesetzt, um die durch die Batteriezellen des Batteriepacks generierte Wärme zu handhaben.
KURZDARSTELLUNG
Ein Batterie-Thermomanagementsystem gemäß einem Aspektbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Batteriebaugruppe und ein Kühlmittelteilsystem, das ein Kühlmittel durch die Batteriebaugruppe zirkulieren lässt. Die Batteriebaugruppe wird durch einen ersten Teil des Kühlmittels von einer Kraftmaschine erwärmt, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und sie wird durch einen zweiten Teil des Kühlmittels von einem Kühlaggregat gekühlt, wenn die Temperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert liegt.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Systems umfasst das Kühlmittelteilsystem die Kraftmaschine, einen Kühler, ein Dreiwegeventil, einen Temperatursensor, eine T-Verbindung, eine Pumpe und einen Kühlaggregatkreislauf, der das Kühlaggregat umfasst.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme lässt ein Kältemittelteilsystem ein Kältemittel zirkulieren, wobei das Kältemittel mit dem zweiten Teil des Kühlmittels innerhalb des Kühlaggregats Wärme austauscht.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst das Kühlmittelteilsystem ein Dreiwegeventil, das den Fluss des ersten Teils und des zweiten Teils des Kühlmittels zu der Batteriebaugruppe steuert.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme ist das Dreiwegeventil zwischen der Kraftmaschine und der Batteriebaugruppe und zwischen dem Kühlaggregat und der Batteriebaugruppe angeordnet.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme ist eine Steuerung derart ausgelegt, dass sie die Kommunikation des ersten Teils und des zweiten Teils des Kühlmittels durch die Batteriebaugruppe steuert.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme ist die Steuerung derart ausgelegt, dass sie eine erste Einlassöffnung eines Dreiwegeventils öffnet, um den ersten Teil des Kühlmittels an die Batteriebaugruppe zu liefern, und ist derart ausgelegt, dass sie eine zweite Einlassöffnung des Dreiwegeventils öffnet, um den zweiten Teil des Kühlmittels an die Batteriebaugruppe zu liefern.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst das Kühlmittelteilsystem einen Kühler, der zum Kühlen der Kraftmaschine ausgelegt ist.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme teilt eine T-Verbindung einen Fluss eines Kühlmittels, der die Batteriebaugruppe verlässt, zwischen einen Kühlaggregatkreislauf, der das Kühlaggregat umfasst, und die Kraftmaschine auf.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst die Kraftmaschine einen Thermostat, der einen Fluss des die Kraftmaschine verlassenden Kühlmittels steuert.
Ein Verfahren nach einem anderen Aspektbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem ein Erwärmen einer Batteriebaugruppe unter Verwendung eines Kühlmittels von einer Kraftmaschine, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und ein Kühlen der Batteriebaugruppe unter Verwendung eines Kühlmittels von einem Kühlaggregat, wenn die Temperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert liegt.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens umfasst das Verfahren ein Durchführen einer Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel von dem Kühlaggregat und einem Kältemittel.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Öffnen einer ersten Einlassöffnung eines Dreiwegeventils, um das Kühlmittel von der Kraftmaschine an die Batteriebaugruppe zu liefern, wenn die Temperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert liegt.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Öffnen einer zweiten Einlassöffnung des Dreiwegeventils, um das Kühlmittel von dem Kühlaggregat an die Batteriebaugruppe zu liefern, wenn die Temperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert liegt.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Überwachen einer Temperatur der Batteriebaugruppe vor dem Erwärm- und dem Kühlschritt.
In einer weiteren nicht beschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Aufteilen des Flusses des Kühlmittels von der Kraftmaschine zwischen einen Kühler und ein Dreiwegeventil, das flussaufwärts von der Batteriebaugruppe angeordnet ist.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Abschnitte, die Ansprüche oder die nachstehende Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich aller ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen einzelnen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination betrachtet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale kompatibel sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung für einen Fachmann offensichtlich sein. Die Zeichnungen, welche die ausführliche Beschreibung begleiten, können folgendermaßen kurz beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht ein Batterie-Thermomanagementsystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
3 veranschaulicht schematisch ein Beispiel einer Steuerungsstrategie für thermisches Handhaben einer Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt ein Batterie-Thermomanagementsystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Das Batterie-Thermomanagementsystem umfasst ein Kühlmittelteilsystem, das ein Kühlmittel durch die Batteriebaugruppe zirkulieren lässt, um die Batteriebaugruppe entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Das Kühlmittel kann Wärme mit einem Kältemittel eines Kältemittelteilsystems austauschen. In einigen Ausführungsformen wird die Batteriebaugruppe durch ein Kühlmittel erwärmt, das von einer Kraftmaschine kommuniziert wird, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt. In anderen Ausführungsformen wird die Batteriebaugruppe durch ein Kühlmittel gekühlt, das von einem Kühlaggregat kommuniziert wird, wenn die Temperatur der Batteriebaugruppe über einem zweiten Temperaturschwellenwert liegt. Diese und andere Merkmale werden in den nachstehenden Abschnitten dieser ausführlichen Beschreibung genauer besprochen.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Obwohl es als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) dargestellt ist, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge, die aufladbare Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs) umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, erstrecken könnten.
In einer nicht beschränkenden Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigendes Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet. Das erste Antriebssystem umfasst eine Kombination einer Kraftmaschine 14 und eines Generators 18 (d.h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem umfasst zumindest einen Motor 22 (d.h. eine zweite Elektromaschine) und eine Batteriebaugruppe 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Obwohl eine leistungsverzweigte Ausgestaltung dargestellt ist, erstreckt sich diese Offenbarung auf jedes Hybrid- oder Elektrofahrzeug, einschließlich von Vollhybriden, parallelen Hybriden, seriellen Hybriden, Mildhybriden und Mikrohybriden.
Die Kraftmaschine 14, die in einer Ausführungsform eine Verbrennungskraftmaschine ist, und der Generator 18 können über eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie z.B. ein Planetengetriebe, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, die andere Radsätze und Getriebe umfassen, verwendet werden, um die Kraftmaschine 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht beschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägeranordnung 36 umfasst.
Der Generator 18 kann durch die Kraftmaschine 14 über die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Motor arbeiten, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbundene Welle 38 ausgegeben wird. Da der Generator 18 wirkungsmäßig mit der Kraftmaschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz umfassen, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen das Drehmoment von der Kraftmaschine 14 auf ein Ausgleichsgetriebe 48, um schließlich eine Zugkraft an die Fahrzeugantriebsräder 28 bereitzustellen. Das Ausgleichsgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern umfassen, die die Übertragung des Drehmoments an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mechanisch mit einer Achse 50 über das Ausgleichsgetriebe 48 gekoppelt, um das Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Motor 22 kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem das Drehmoment an eine Welle 52, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist, ausgegeben wird. In einer Ausführungsform arbeiten der Motor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren eingesetzt werden können, um ein Drehmoment auszugeben. Zum Beispiel können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an die Batteriebaugruppe 24 ausgeben.
Die Batteriebaugruppe 24 ist ein Beispiel eines Typs einer Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Die Batteriebaugruppe 24 kann ein Hochvolt-Traktionsbatteriepack umfassen, das eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, die in der Lage sind, elektrische Leistung zum Betreiben des Motors 22 und des Generators 18 auszugeben. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit Elektrizität zu versorgen.
In einer nicht beschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei Grundbetriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (EV-Modus) arbeiten, in dem der Motor 22 (im Allgemeinen ohne Unterstützung seitens der Kraftmaschine 14) für den Fahrzeugantrieb verwendet wird, wodurch der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bis zu seiner maximalen erlaubten Entladungsrate bei bestimmten Fahrmustern/-zyklen verringert wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungsabbaubetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des EV-Modus kann der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 unter einigen Umständen, zum Beispiel aufgrund eines Zeitraums einer Nutzbremsung, steigen. Die Kraftmaschine 14 ist bei einem Standard-EV-Modus im Allgemeinen ausgeschaltet, aber sie könnte nach Bedarf auf der Grundlage eines Fahrzeugsystemzustands oder mit Erlaubnis des Bedieners betrieben werden.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann außerdem in einem Hybridmodus (HEV-Modus) arbeiten, in dem sowohl die Kraftmaschine 14 als auch der Motor 22 zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungserhaltungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 den Gebrauch des Motors 22 für den Antrieb reduzieren, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 auf einem konstanten oder annähernd konstanten Niveau aufrechtzuerhalten, indem der Gebrauch der Kraftmaschine 14 für den Antrieb erhöht wird. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung neben dem EV- und dem HEV-Modus in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
2 zeigt schematisch ein Batterie-Thermomanagementsystem 54, das in einem elektrifizierten Fahrzeug, wie z.B. dem elektrifizierten Fahrzeug 12 von 1, aufgenommen werden kann. Das Batterie-Thermomanagementsystem 54 kann verwendet werden, um die durch verschiedene Fahrzeugkomponenten, wie z.B. die Kraftmaschine 14 und die Batteriebaugruppe 24, erzeugte thermische Belastung zu handhaben. In einer Ausführungsform kommuniziert das Batterie-Thermomanagementsystem 54 selektiv ein Kühlmittel an die Batteriebaugruppe 24, um die Batteriebaugruppe 24 je nach ihrer Temperatur und/oder anderen Bedingungen entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann die Batteriebaugruppe 24 eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen, die elektrische Leistung an die Komponenten des Fahrzeugs liefern. Die Batteriebaugruppe 24 kann eine oder mehrere Gruppierungen von Batteriezellen umfassen, die zuweilen als „Batterieanordnungen“ bezeichnet werden.
Das Batterie-Thermomanagementsystem 54 kann ein Kühlmittelteilsystem 56 und ein Kältemittelteilsystem 58 umfassen. Das Kühlmittelteilsystem 56 ist mit gestrichelten Linien dargestellt und das Kältemittelteilsystem 58 ist mit durchgezogenen Linien dargestellt. Diese Systeme werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Das Kühlmittelteilsystem 56, oder der Kühlmittelteilkreislauf, kann ein Kühlmittel C, wie z.B. Glykol oder ein beliebiges anderes Kühlmittel, zirkulieren lassen, um die Batteriebaugruppe 24 thermisch zu regeln. In einer Ausführungsform umfasst das Kühlmittelteilsystem 56 die Kraftmaschine 14, einen Kühler 60, ein Dreiwegeventil 62, einen Temperatursensor 64, eine T-Verbindung 66 und eine Pumpe 68. Das Kühlmittelteilsystem 56 kann außerdem einen Kühlaggregatkreislauf 70 umfassen, der ein Kühlaggregat 72 und eine Pumpe 74 umfasst. Obwohl dies nicht dargestellt ist, können die verschiedenen Komponenten des Kühlmittelteilsystems 56 durch Leitungen oder Durchgänge, wie z.B. Rohre, Schläuche, Röhren, einen Heizkörper, einen Ölkühler, eine PTC-Heizung, einen Motorölkühler, ein Abwärmerückgewinnungssystem usw., fluidmäßig miteinander verbunden sein.
In Betrieb des Kühlmittelteilsystems 56 lässt die Pumpe 68, die eine mit der Kraftmaschine 14 betriebsfähig gekoppelte Kraftmaschinenpumpe sein kann, das Kühlmittel C an die Kraftmaschine 14 kommunizieren. Das Kühlmittel C nimmt Wärme innerhalb der Kraftmaschine 14 auf. Ein Teil C1 des Kühlmittels C kann an den Kühler 60 kommuniziert werden. Ein Lüfter 76 lässt einen Luftstrom F durch den Kühler 60 durchziehen, damit er einer Wärmeübertragung mit dem Teil C1 des Kühlmittels C unterzogen wird. Zum Beispiel wird Wärme von dem Teil C1 des Kühlmittels C an den Luftstrom F abgesetzt, um den Teil C1 des Kühlmittels C zu kühlen. Das gekühlte Kühlmittel C kann dann wieder an die Kraftmaschine 14 zum Kühlen der Kraftmaschine 14 kommuniziert werden.
Währenddessen kann ein anderer Teil C2 des Kühlmittels C die Kraftmaschine 14 an einem Thermostat 78 in eine Leitung 75 verlassen. In einer Ausführungsform ist der Thermostat 78 ein zweistufiges kontinuierliches Regelventil, das derart ausgelegt ist, dass es den Fluss des Kühlmittels C reguliert. Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann der Thermostat 78 eine Kommunikation der Teile C1 und C2 des Kühlmittels C verhindern.
Der Teil C2 des Kühlmittels C kann innerhalb der Leitung 75 an eine Einlassöffnung 80 des Dreiwegeventils 62 kommuniziert werden. Das Dreiwegeventil 62 ist von der Batteriebaugruppe 24 stromaufwärts angeordnet, um den Fluss des Teils C2 des Kühlmittels C durch die Batteriebaugruppe 24 zu steuern. Bei bestimmten Bedingungen kann die Einlassöffnung 80 des Dreiwegeventils 62 betätigt (d.h. geöffnet) werden, um den Teil C2 des Kühlmittels C kommunizieren zu lassen, damit die Batteriebaugruppe 24 erwärmt wird. In einer nicht beschränkenden Ausführungsform kann der Teil C2 des Kühlmittels C durch einen Durchgang 77 der Batteriebaugruppe 24 kommuniziert werden. Der Durchgang 77 kann eine beliebige Größe, Form oder Ausgestaltung aufweisen und ist nicht auf die schematische Darstellung von 2 beschränkt.
Alternativ kann der Kühlaggregatkreislauf 70 verwendet werden, um einen anderen Teil C3 des Kühlmittels C zum Kühlen der Batteriebaugruppe 24 zu liefern. Das Kühlmittel C wird innerhalb des Kühlaggregats 72 gekühlt, um den Teil C3 bereitzustellen. Der Teil C3 des Kühlmittels C wird anschließend an eine von der Einlassöffnung 80 getrennte Einlassöffnung 82 des Dreiwegeventils 62 kommuniziert. Die Einlassöffnung 82 kann selektiv geöffnet werden und die Einlassöffnung 80 kann selektiv geschlossen werden, um den Teil C3 des Kühlmittels C an die Batteriebaugruppe 24 zum Kühlen zu liefern. Die Pumpe 74 kann zwischen dem Kühlaggregat 72 und dem Dreiwegeventil 62 angeordnet sein, um den Teil C3 des Kühlmittels C nach Bedarf zirkulieren zu lassen.
Der Temperatursensor 64 ist zwischen der Batteriebaugruppe 24 und der T-Verbindung 66 angeordnet. Alternativ könnte der Temperatursensor 64 stromaufwärts oder innerhalb der Batteriebaugruppe 24 angeordnet werden. Der Temperatursensor 64 kann verwendet werden, um eine Temperatur des Kühlmittels C, das die Batteriebaugruppe 24 verlässt, zu erfassen.
Die T-Verbindung 66 kann von der Batteriebaugruppe 24 stromabwärts angeordnet sein. Die T-Verbindung 66 ist derart eingerichtet, dass sie das Kühlmittel C, das die Batteriebaugruppe verlässt, zwischen den Kühlaggregatkreislauf 70 und die Leitung 84 verteilt. Das Kühlmittel C, das in den Kühlaggregatkreislauf 70 gelangt, wird an das Kühlaggregat 72 kommuniziert, um Wärme mit dem Kältemittel R des Kältemittelteilsystems 58 auszutauschen, damit der gekühlte Teil C3 des Kühlmittels C erzeugt wird. Mit anderen Worten erleichtert das Kühlaggregat 72 die Übertragung thermischer Energie zwischen dem Kühlaggregatkreislauf 70 und dem Kältemittelteilsystem 58. Wenn der Kühlaggregatkreislauf 70 nicht arbeitet, wird das Kühlmittel C, welches in die Leitung 84 gelangt, an die Kraftmaschine 14 zurückgebracht, um das geschlossene Kühlmittelteilsystem 56 zu vervollständigen.
Das Kältemittelteilsystem 58, oder der Kältemittelkreislauf, kann das Kältemittel R zirkulieren lassen, um thermische Energie an einen Fahrgastraum 86 oder von diesem und/oder an den Kühlaggregatkreislauf 70 oder von diesem zu übertragen. Zum Beispiel kann das Kältemittelteilsystem 58 ein Abschnitt eines Hauptkühlsystems des Fahrzeugs sein, der zum Liefern eines konditionierten Luftstroms an den Fahrgastraum 86 ausgelegt ist. Das Kältemittelteilsystem 58 ist außerdem derart ausgelegt, dass es Wärme mit dem Kühlaggregatkreislauf 70 über das Kühlaggregat 72 austauscht, wie nachstehend weiter beschrieben. Obwohl dies nicht dargestellt ist, können die verschiedenen Komponenten des Kältemittelteilsystems 58 durch Leitungen oder Durchgänge, wie z.B. Rohre, Schläuche, Röhren und/oder dergleichen, fluidmäßig verbunden sein.
In einer nicht beschränkenden Ausführungsform umfasst das Kältemittelteilsystem 58 einen Verdichter 88, einen Verflüssiger 90 und einen Verdampfer 92. Das Kühlaggregat 72 des Kühlaggregatkreislaufs 70 steht auch mit dem Kältemittelteilsystem 58 in fluidmäßiger Kommunikation.
Beim Betrieb des Kältemittelteilsystems 58 beaufschlagt der Verdichter 88 das Kältemittel mit Druck und lässt es durch das Kältemittelteilsystem 58 zirkulieren. Der Verdichter 88 kann durch eine elektrische oder nicht elektrische Leistungsquelle gespeist werden. Zum Beispiel könnte der Verdichter 88 betriebsfähig mit der Kraftmaschine 14 gekoppelt sein, oder durch einen elektrisch betriebenen Motor angetrieben werden. Der Verdichter 88 leitet das Hochdruckkältemittel R an den Verflüssiger 90.
Das Hochdruckkältemittel R kann als Nächstes Wärme mit dem Luftstrom F von dem Lüfter 76 innerhalb des Verflüssigers 90 austauschen. Der Verflüssiger 90 überträgt Wärme an die Umgebung, indem das Kältemittel R von einem Dampf in eine Flüssigkeit verflüssigt wird.
Das flüssige Kältemittel R, das den Verflüssiger 90 verlässt, kann an einen Aufnahmetrockner kommuniziert werden. Der Aufnahmetrockner 94 trennt mitgenommene Luft und Gase in dem Kältemittel R, während es durch den Aufnahmetrockner 94 fließt.
Das Kältemittel R wird als Nächstes an eine T-Verbindung 96 kommuniziert. In einer Ausführungsform trennt die T-Verbindung 96 den Fluss des Kältemittels R in Teile R1 und R2. Der Teil R1 des Kältemittels R wird an einen Ein/Aus-Schalter 98 kommuniziert, der derart ausgelegt ist, dass er den Fluss des Teils R1 des Kältemittels R zu dem Verdampfer 92 steuert. Der Ein/Aus-Schalter 98 kann extern gesteuert werden oder nicht.
Im Verdampfer 92 wird Wärme zwischen der Umgebung und dem Teil R1 des Kältemittels R übertragen, wodurch veranlasst wird, dass der Teil R1 des Kältemittels R verdampft. Ein Lüfter 99 kann einen Luftstrom F über den Verdampfer 92 kommunizieren, um eine derartige Wärmeübertragung zu bewirken und den konditionierten Luftstrom an den Fahrgastraum 86 gemäß einer Anforderung eines Fahrbedieners zu liefern.
Ein zweiter Teil R2 des Kältemittels R kann von der T-Verbindung 96 an einen anderen Ein/Aus-Schalter 100 in einer Leitung 101 kommuniziert werden. Der Ein/Aus-Schalter 100 ist zwischen der T-Verbindung 96 und dem Kühlaggregat 72 des Kühlaggregatkreislaufs 70 angeordnet und ist derart ausgelegt, dass er ähnlich dem Ein/Aus-Schalter 98 den Fluss des Teils R2 des Kältemittels R steuert.
Das Kühlaggregat 72 des Kühlaggregatkreislaufs 70 steht in fluidmäßiger Kommunikation mit dem Kältemittelteilsystem 58. Auf diese Weise ist das Kühlaggregat 72 ein Teil sowohl des Kühlaggregatkreislaufs 70 als auch des Kältemittelteilsystems 58. Der Teil R2 des Kältemittels R kann Wärme mit dem Kühlmittel C des Kühlaggregatkreislaufs 70 innerhalb des Kühlaggregats 72 austauschen, um den gekühlten Teil C3 des Kühlmittels C bereitzustellen, der zum Kühlen der Batteriebaugruppe 24 verwendet werden kann. Das Kältemittel R, das das Kühlaggregat 72 verlässt, wird an eine andere T-Verbindung 102 geliefert. Das Kältemittel R, das das Kühlaggregat 72 verlässt, wird mit dem Kältemittel R, das den Verdampfer 92 verlässt, innerhalb der T-Verbindung 102 zusammengeführt. Das zusammengeführte Kältemittel R wird an den Verdichter 88 und anschließend wieder an den Verflüssiger 90 als Abschnitt eines geschlossenen Systems zurückgebracht.
Das Batterie-Thermomanagementsystem 54 kann außerdem eine Steuerung 104 umfassen. Die Steuerung 104 ist derart ausgelegt, dass sie den Betrieb des Kühlmittelteilsystems 56 und des Kältemittelteilsystems 58 mit dem Kühlaggregatkreislauf 70 steuert, um die Batteriebaugruppe 24 entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Die Steuerung 104 kann ein Teil einer übergeordneten Fahrzeugsteuereinheit, wie z.B. eines Fahrzeugsystemcontrollers (VSC), sein, oder sie könnte alternativ eine selbständige Steuereinheit sein, die von dem VSC separat ist. In einer Ausführungsform umfasst die Steuerung 104 ausführbare Befehle zum Verknüpfen mit den verschiedenen Komponenten des Batterie-Thermomanagementsystems 54 und zum Betreiben von diesen. Die Steuerung 104 kann Eingänge und Ausgänge zum Verknüpfen mit den verschiedenen Komponenten des Batterie-Thermomanagementsystems 54 umfassen. Die Steuerung 104 kann außerdem eine Verarbeitungseinheit und einen nicht vorübergehenden Speicher zum Ausführen der verschiedenen Steuerungsstrategien und Modi des Batterie-Thermomanagementsystems 54 umfassen.
In einer Ausführungsform ist die Steuerung 104 derart eingerichtet, dass sie eine Temperatur der Batteriebaugruppe 24 überwacht. Die Steuerung 104 kann eine Rückmeldung von verschiedenen Sensoren empfangen, die Umgebungssensoren und Batteriezellensensoren umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, und die die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 überwachen. Auf der Grundlage der Rückmeldung von derartigen Sensoren kann die Steuerung 104 ein Öffnen oder ein Schließen der Einlassöffnungen 80, 82 des Dreiwegeventils 62 anordnen, um entweder den Teil C2 des Kühlmittels C zum Wärmen der Batteriebaugruppe 24 oder den Teil C3 des Kühlmittels C zum Kühlen der Batteriebaugruppe 24 zu liefern.
3 zeigt schematisch unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 und 2 eine Steuerungsstrategie 200 zum thermischen Handhaben der Batteriebaugruppe 24 des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Zum Beispiel kann die Steuerungsstrategie 200 bei bestimmten Bedingungen ausgeführt werden, um die Batteriebaugruppe 24 je nach der Temperatur der Batteriebaugruppe 24, den Umgebungsbedingungen, einer Wärmequelle in der Nähe der Batteriebaugruppe 24 nebst anderen Faktoren entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Selbstverständlich ist das elektrifizierte Fahrzeug 12 in der Lage, andere Steuerungsstrategien innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung zu implementieren und auszuführen. In einer Ausführungsform ist die Steuerung 104 des Batterie-Thermomanagementsystems 54 mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert, die zum Ausführen der Steuerungsstrategie 200 oder einer beliebigen anderen Steuerungsstrategie eingerichtet sind. Mit anderen Worten kann die Steuerungsstrategie 200 als ausführbare Befehle in dem nicht vorübergehenden Speicher der Steuerung 104 gespeichert sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Steuerungsstrategie 200 in dem Fahrzeugsystemcontroller (VSC) gespeichert, der mit der Steuerung 104 kommunizieren kann, um den Betrieb des Batterie-Thermomanagementsystems 54 auszuführen.
Wie in 3 dargestellt, beginnt die Steuerungsstrategie 200 bei Block 202. Bei Block 204 wird eine Temperatur der Batteriebaugruppe 24 überwacht. Als Nächstes bestimmt bei Block 206 die Steuerungsstrategie 200, ob die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 niedriger als ein erster Temperaturschwellenwert ist. Der erste Temperaturschwellenwert kann auf eine beliebige Temperatur eingestellt werden und repräsentiert die Temperatur, unterhalb der die Batteriebaugruppe 24 erwärmt werden muss, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Wenn die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 unter dem ersten Temperaturschwellenwert liegt, kann die Steuerungsstrategie 200 mit Block 208 fortfahren, indem ein Erwärmen der Batteriebaugruppe 24 angeordnet wird. In einer nicht beschränkenden Ausführungsform wird die Batteriebaugruppe 24 erwärmt, indem die Einlassöffnung 80 des Dreiwegeventils 62 geöffnet wird, um den Teil C2 des Kühlmittels C durch den Durchgang 77 der Batteriebaugruppe 24 zu leiten. Der Teil C2 des Kühlmittels C wird von der Kraftmaschine 14 kommuniziert und umfasst daher eine Temperatur, die zum Erwärmen der Batteriebaugruppe 24 hinreichend ist.
Wenn bei Block 206 die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 nicht unterhalb des ersten Temperaturschwellenwerts liegt, bestimmt alternativ die Steuerungsstrategie 200 bei Block 210, ob die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 oberhalb eines zweiten Temperaturschwellenwerts liegt. Der zweite Temperaturschwellenwert ist ein von dem ersten Temperaturschwellenwert unterschiedlicher Schwellenwert und kann auf eine beliebige Temperatur eingestellt werden, und repräsentiert die Temperatur, oberhalb der die Batteriebaugruppe 24 gekühlt werden muss, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten.
Die Steuerungsstrategie 200 ordnet bei Block 212 ein Kühlen der Batteriebaugruppe 24 an, wenn die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 den zweiten Temperaturschwellenwert übersteigt. In einer nicht beschränkenden Ausführungsform wird die Batteriebaugruppe 24 gekühlt, indem die Einlassöffnung 82 des Dreiwegeventils 62 geöffnet wird, um den Teil C3 des Kühlmittels C durch den Durchgang 77 der Batteriebaugruppe 24 zu leiten. Der Teil C3 des Kühlmittels C wird von dem Kühlaggregat 72 des Kühlaggregatkreislaufs 70 kommuniziert und umfasst daher eine Temperatur, die zum Kühlen der Batteriebaugruppe 24 hinreichend ist.
Die Steuerungsstrategie 200 kehrt zu Block 204 zurück und setzt das Überwachen der Temperatur der Batteriebaugruppe 24 fort, wenn bei Block 210 bestimmt wird, dass die Temperatur der Batteriebaugruppe 24 nicht über dem zweiten Temperaturschwellenwert liegt.
Obwohl die verschiedenen nicht beschränkenden Ausführungsformen derart dargestellt sind, dass sie bestimmte Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese bestimmten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer beliebigen der nicht beschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer beliebigen der anderen nicht beschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen entsprechende oder ähnliche Elemente in den mehreren Zeichnungen anzeigen. Obwohl eine konkrete Komponentenanordnung in diesen Ausführungsbeispielen offenbart und dargestellt ist, versteht es sich, dass andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung sollte im veranschaulichenden und nicht beschränkenden Sinne ausgelegt werden. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass bestimmte Modifikationen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung liegen könnten. Aus diesen Gründen sollten die nachstehenden Ansprüche geprüft werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
Es wird ferner beschrieben:

A. Batterie-Thermomanagementsystem, umfassend: eine Batteriebaugruppe, ein Kühlmittelteilsystem, das ein Kühlmittel durch die Batteriebaugruppe zirkulieren lässt, und wobei die Batteriebaugruppe durch einen ersten Teil des Kühlmittels von einer Kraftmaschine erwärmt wird, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unterhalb eines ersten Temperaturschwellenwerts liegt, und durch einen zweiten Teil des Kühlmittels von einem Kühlaggregat gekühlt wird, wenn die Temperatur oberhalb eines zweiten Temperaturschwellenwerts liegt.
B. Systems nach A, wobei das Kühlmittelteilsystem die Kraftmaschine, einen Kühler, ein Dreiwegeventil, einen Temperatursensor, eine T-Verbindung, eine Pumpe und einen Kühlaggregatkreislauf, der das Kühlaggregat aufweist, umfasst.
C. System nach A, das ein Kältemittelteilsystem umfasst, welches ein Kältemittel zirkulieren lässt, wobei das Kältemittel Wärme mit dem zweiten Teil des Kühlmittels innerhalb des Kühlaggregats austauscht.
D. System nach A, wobei das Kühlmittelteilsystem ein Dreiwegeventil umfasst, das den Fluss des ersten Teils und des zweiten Teils des Kühlmittels zu der Batteriebaugruppe steuert.
E. System nach D, wobei das Dreiwegeventil zwischen der Kraftmaschine und der Batteriebaugruppe und zwischen dem Kühlaggregat und der Batteriebaugruppe angeordnet ist.
F. System nach A, dass eine Steuerung umfasst, die derart ausgelegt ist, dass sie eine Kommunikation des ersten Teils und des zweiten Teils des Kühlmittels über die Batteriebaugruppe steuert.
G. System nach F, wobei die Steuerung derart ausgelegt ist, dass sie eine erste Einlassöffnung eines Dreiwegeventils öffnet, um den ersten Teil des Kühlmittels an die Batteriebaugruppe zu liefern, und derart ausgelegt ist, dass sie eine zweite Einlassöffnung des Dreiwegeventils öffnet, um den zweiten Teil des Kühlmittels an die Batteriebaugruppe zu liefern.
H. System nach A, wobei das Kühlmittelteilsystem einen Kühler umfasst, der zum Kühlen der Kraftmaschine ausgelegt ist.
I. System nach A, das eine T-Verbindung umfasst, die einen Fluss des Kühlmittels, der die Batteriebaugruppe verlässt, zwischen einen Kühlaggregatkreislauf, der das Kühlaggregat umfasst, und die Kraftmaschine aufteilt.
J. System nach A, wobei die Kraftmaschine einen Thermostat umfasst, der einen Fluss des Kühlmittels, der die Kraftmaschine verlässt, steuert.
K. Verfahren, umfassend:

Erwärmen einer Batteriebaugruppe unter Verwendung eines Kühlmittels von einer Kraftmaschine, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unterhalb eines ersten Temperaturschwellenwerts liegt, und
Kühlen der Batteriebaugruppe unter Verwendung eines Kühlmittels von einem Kühlaggregat, wenn die Temperatur oberhalb eines zweiten Temperaturschwellenwerts liegt.

L. Verfahren nach K, das ein Durchführen einer Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel von dem Kühlaggregat und einem Kältemittel umfasst.
M. Verfahren nach K, das ein Öffnen einer ersten Einlassöffnung eines Dreiwegeventils umfasst, um das Kühlmittel von der Kraftmaschine an die Batteriebaugruppe zu liefern, wenn die Temperatur unterhalb des ersten Temperaturschwellenwerts liegt.
N. Verfahren nach M, das ein Öffnen einer zweiten Einlassöffnung des Dreiwegeventils umfasst, um das Kühlmittel von dem Kühlaggregat an die Batteriebaugruppe zu liefern, wenn die Temperatur oberhalb des zweiten Temperaturschwellenwerts liegt.
O. Verfahren nach K, das ein Überwachen einer Temperatur der Batteriebaugruppe vor dem Erwärm- und dem Kühlschritt umfasst.
P. Verfahren nach K, das ein Aufteilen des Flusses des Kühlmittels von der Kraftmaschine zwischen einen Kühler und ein Dreiwegeventil, das flussaufwärts der Batteriebaugruppe angeordnet ist, umfasst.

Claims

Batterie-Thermomanagementsystem, umfassend: eine Batteriebaugruppe, ein Kühlmittelteilsystem, das ein Kühlmittel durch die Batteriebaugruppe zirkulieren lässt, und wobei die Batteriebaugruppe durch einen ersten Teil des Kühlmittels von einer Kraftmaschine erwärmt wird, wenn eine Temperatur der Batteriebaugruppe unterhalb eines ersten Temperaturschwellenwerts liegt, und durch einen zweiten Teil des Kühlmittels von einem Kühlaggregat gekühlt wird, wenn die Temperatur oberhalb eines zweiten Temperaturschwellenwerts liegt.
Systems nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelteilsystem die Kraftmaschine, einen Kühler, ein Dreiwegeventil, einen Temperatursensor, eine T-Verbindung, eine Pumpe und einen Kühlaggregatkreislauf, der das Kühlaggregat aufweist, umfasst.
System nach Anspruch 1, das ein Kältemittelteilsystem umfasst, welches ein Kältemittel zirkulieren lässt, wobei das Kältemittel Wärme mit dem zweiten Teil des Kühlmittels innerhalb des Kühlaggregats austauscht.
System nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelteilsystem ein Dreiwegeventil umfasst, das den Fluss des ersten Teils und des zweiten Teils des Kühlmittels zu der Batteriebaugruppe steuert.
System nach Anspruch 4, wobei das Dreiwegeventil zwischen der Kraftmaschine und der Batteriebaugruppe und zwischen dem Kühlaggregat und der Batteriebaugruppe angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, das eine Steuerung umfasst, die derart ausgelegt ist, dass sie eine Kommunikation des ersten Teils und des zweiten Teils des Kühlmittels über die Batteriebaugruppe steuert.
System nach Anspruch 6, wobei die Steuerung derart ausgelegt ist, dass sie eine erste Einlassöffnung eines Dreiwegeventils öffnet, um den ersten Teil des Kühlmittels an die Batteriebaugruppe zu liefern, und derart ausgelegt ist, dass sie eine zweite Einlassöffnung des Dreiwegeventils öffnet, um den zweiten Teil des Kühlmittels an die Batteriebaugruppe zu liefern.
System nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelteilsystem einen Kühler umfasst, der zum Kühlen der Kraftmaschine ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, das eine T-Verbindung umfasst, die einen Fluss des Kühlmittels, der die Batteriebaugruppe verlässt, zwischen einen Kühlaggregatkreislauf, der das Kühlaggregat umfasst, und die Kraftmaschine aufteilt.
System nach Anspruch 1, wobei die Kraftmaschine einen Thermostat umfasst, der einen Fluss des Kühlmittels, der die Kraftmaschine verlässt, steuert.